Cấu trúc bên trong của prokaryote. So sánh đặc điểm cấu trúc của tế bào nhân sơ và nhân thực

tế bào vi khuẩn- đây là những đồ vật nguyên thủy nhất, được sắp xếp rất đơn giản, bảo tồn được những nét đặc trưng của thời xa xưa. ĐẾN sinh vật nhân sơ(hoặc tiền hạt nhân) sinh vật bao gồm vi khuẩn và tảo xanh lam (vi khuẩn lam). Dựa trên điểm chung về cấu trúc và sự khác biệt rõ rệt so với các tế bào khác, các tế bào nhân sơ được phân lập thành một vương quốc súng săn độc lập.

Hãy xem xét cấu trúc tế bào sinh vật nhân nguyên thủy trên ví dụ về vi khuẩn. Bộ máy di truyền của tế bào nhân sơ được đại diện bởi DNA của một nhiễm sắc thể vòng đơn, nằm trong tế bào chất và không được phân cách bởi màng. Chất tương tự như vậy của hạt nhân được gọi là nucleoid. DNA không hình thành phức hợp với protein và do đó tất cả các gen tạo nên nhiễm sắc thể đều "hoạt động", tức là. thông tin được liên tục đọc từ họ.

tế bào sinh vật nhân nguyên thủyđược bao quanh bởi một màng ngăn cách tế bào chất với thành tế bào, được hình thành từ một chất phức tạp, có hàm lượng polymer cao. Có ít bào quan trong tế bào chất, nhưng có rất nhiều ribosome nhỏ (tế bào vi khuẩn chứa từ 5.000 đến 50.000 ribosome).

Cấu trúc của tế bào nhân sơ

Tế bào chất của tế bào nhân sơ được thấm qua các màng tạo thành mạng lưới nội chất và nó chứa các ribosome thực hiện quá trình tổng hợp protein.

Phần bên trong của vách tế bào ở tế bào nhân sơ được biểu diễn bằng màng sinh chất, phần nhô ra của chúng vào tế bào chất tạo thành các mesosome tham gia vào việc xây dựng thành tế bào, sinh sản và là nơi gắn DNA. Quá trình hô hấp ở vi khuẩn được thực hiện ở mesosome, ở tảo xanh lam ở màng tế bào chất.

Ở nhiều vi khuẩn, các chất dự trữ được lắng đọng bên trong tế bào: polysaccharides, chất béo, polyphosphate. Các chất dự trữ được đưa vào quá trình trao đổi chất có thể kéo dài tuổi thọ của tế bào khi không có nguồn năng lượng bên ngoài.

(Thành 1 tế bào, màng tế bào chất 2 bên ngoài, 3 nhiễm sắc thể (phân tử DNA vòng), 4-ribosome, 5-mesosome, 6-sự xâm lấn của màng tế bào chất bên ngoài, 7 không bào, 8 roi, 9 ngăn xếp màng nơi quá trình quang hợp diễn ra)

Thông thường, vi khuẩn sinh sản bằng cách phân chia làm hai. Sau khi tế bào dài ra, một vách ngăn ngang dần dần được hình thành, được đặt theo hướng từ ngoài vào trong, sau đó các tế bào con sẽ phân kỳ hoặc vẫn kết nối thành các nhóm đặc trưng - chuỗi, gói, v.v. vi khuẩn - coli tăng gấp đôi dân số của nó cứ sau 20 phút.

Vi khuẩn được đặc trưng bởi sự hình thành bào tử. Nó bắt đầu bằng việc tách một phần tế bào chất ra khỏi tế bào mẹ. Phần tách ra chứa một bộ gen và được bao quanh bởi màng tế bào chất. Sau đó, một thành tế bào, thường có nhiều lớp, phát triển xung quanh bào tử. Ở vi khuẩn, quá trình sinh sản được quan sát dưới hình thức trao đổi thông tin di truyền giữa hai tế bào. Quá trình tình dục làm tăng tính biến đổi di truyền của vi sinh vật.

Hầu hết các sinh vật sống đều hợp nhất trong vương quốc sinh vật nhân chuẩn, bao gồm vương quốc thực vật, nấm và động vật. tế bào nhân chuẩn lớn hơn tế bào vi khuẩn, bao gồm một bộ máy bề mặt, nhân và tế bào chất.

tế bào nhân chuẩn

sinh vật nhân chuẩn(sinh vật nhân chuẩn)tế bào chứa một hạt nhânđiều phối hoạt động sống còn của tế bào, nơi đặt bộ máy di truyền của cơ thể, và nhiều bào quan thực hiện các chức năng khác nhau. Hầu hết các sinh vật nhân chuẩn là sinh vật hiếu khí, nghĩa là chúng sử dụng oxy trong khí quyển để chuyển hóa năng lượng.

Rõ ràng nhất sự khác biệt giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn là sinh vật nhân chuẩn có nhân, điều này được thể hiện qua tên của các nhóm này: “karyo” được dịch từ tiếng Hy Lạp cổ là cốt lõi, “pro” - trước, “eu” - tốt. Do đó, prokaryote là sinh vật tiền hạt nhân, sinh vật nhân chuẩn là hạt nhân.

Tuy nhiên, đây không phải là sự khác biệt duy nhất và có lẽ không phải là sự khác biệt chính giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Không có bào quan màng nào trong tế bào nhân sơ cả.(với những trường hợp ngoại lệ hiếm gặp) - ty thể, lục lạp, phức hợp Golgi, mạng lưới nội chất, lysosome. Chức năng của chúng được thực hiện bằng sự phát triển vượt bậc (sự xâm lấn) của màng tế bào, trên đó có nhiều sắc tố và enzyme khác nhau cung cấp các quá trình quan trọng.

Prokaryote không có nhiễm sắc thể nhân chuẩn. Vật chất di truyền chính của chúng là hạt nhân thường có dạng vòng. Ở tế bào nhân chuẩn, nhiễm sắc thể là phức hợp của protein DNA và histone (chơi vai trò quan trọng trong bao bì DNA). Những phức hợp hóa học này được gọi là chất nhiễm sắc. Nucleoid của sinh vật nhân sơ không chứa histon và các phân tử RNA liên kết với nó tạo nên hình dạng cho nó.

Nhiễm sắc thể nhân chuẩn nằm trong nhân. Ở sinh vật nhân sơ, nucleoid nằm trong tế bào chất và thường được gắn ở một nơi trên màng tế bào.

Ngoài nucleoid, tế bào nhân sơ còn có một lượng khác plasmit- nucleoid có kích thước nhỏ hơn đáng kể so với nucleoid chính.

Số lượng gen trong nucleoid của sinh vật nhân sơ ít hơn một bậc so với số lượng gen trong nhiễm sắc thể. Sinh vật nhân chuẩn có nhiều gen thực hiện chức năng điều hòa liên quan đến các gen khác. Điều này làm cho các tế bào nhân chuẩn của một sinh vật đa bào, chứa cùng thông tin di truyền, có thể chuyên biệt hóa; thay đổi quá trình trao đổi chất của bạn, phản ứng linh hoạt hơn với những thay đổi bên ngoài và môi trường nội bộ. Cấu trúc của gen cũng khác nhau. Ở sinh vật nhân sơ, các gen trong DNA được sắp xếp thành các nhóm - operon. Mỗi operon được phiên mã thành một đơn vị duy nhất.

Cũng có sự khác biệt giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn trong quá trình phiên mã và dịch mã. Điều quan trọng nhất là ở tế bào nhân sơ, các quá trình này có thể diễn ra đồng thời trên một phân tử RNA ma trận (thông tin): trong khi nó vẫn đang được tổng hợp trên DNA, thì các ribosome đã “ngồi” ở đầu cuối của nó và tổng hợp protein. Ở tế bào nhân chuẩn, mRNA trải qua cái gọi là quá trình trưởng thành sau khi phiên mã. Và chỉ sau đó, protein mới có thể được tổng hợp trên đó.

Ribosome của sinh vật nhân sơ nhỏ hơn (hệ số lắng 70S) so với sinh vật nhân chuẩn (80S). Số lượng phân tử protein và RNA trong thành phần của các tiểu đơn vị ribosome là khác nhau. Cần lưu ý rằng ribosome (cũng như vật liệu di truyền) của ty thể và lục lạp tương tự như sinh vật nhân sơ, điều này có thể cho thấy nguồn gốc của chúng từ các sinh vật nhân sơ cổ xưa nằm bên trong tế bào chủ.

Prokaryote thường khác nhau về cấu trúc phức tạp hơn của vỏ. Ngoài màng tế bào chất và thành tế bào, chúng còn có vỏ và các dạng khác, tùy thuộc vào loại sinh vật nhân sơ. Vách tế bào có tác dụng nâng đỡ và ngăn chặn sự xâm nhập Những chất gây hại. Thành tế bào vi khuẩn chứa murein (một glycopeptide). Trong số các sinh vật nhân chuẩn, thực vật có thành tế bào (thành phần chính là cellulose), nấm có chitin.

Tế bào nhân sơ phân chia bằng cách phân đôi. Họ có KHÔNG quá trình phức tạp phân chia tế bào (nguyên phân và giảm phân)đặc trưng của sinh vật nhân chuẩn. Mặc dù trước khi phân chia, nucleoid tăng gấp đôi, giống như chất nhiễm sắc trong nhiễm sắc thể. TRONG vòng đời sinh vật nhân chuẩn có các pha lưỡng bội và đơn bội xen kẽ. Trong trường hợp này, pha lưỡng bội thường chiếm ưu thế. Không giống như chúng, sinh vật nhân sơ không có điều này.

Tế bào nhân chuẩn có kích thước khác nhau, nhưng trong mọi trường hợp, chúng lớn hơn đáng kể so với tế bào nhân sơ (gấp hàng chục lần).

Chất dinh dưỡng Chúng xâm nhập vào tế bào nhân sơ chỉ bằng thẩm thấu. Ngoài ra, trong các tế bào nhân chuẩn, cũng có thể quan sát thấy quá trình thực bào và pinocytosis ("bắt" thức ăn và chất lỏng bằng màng tế bào chất).

Nói chung, sự khác biệt giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn nằm ở cấu trúc phức tạp hơn rõ ràng của sinh vật nhân chuẩn. Người ta tin rằng các tế bào thuộc loại prokaryote phát sinh thông qua quá trình abiogen (tiến hóa hóa học lâu dài trong điều kiện của Trái đất sơ khai). Sinh vật nhân chuẩn xuất hiện muộn hơn từ sinh vật nhân sơ, bằng cách kết hợp chúng (giả thuyết cộng sinh, cũng như giả thuyết chimeric) hoặc bằng sự tiến hóa của các cá thể đại diện (giả thuyết xâm lấn). Sự phức tạp của các tế bào nhân chuẩn cho phép chúng tổ chức một sinh vật đa bào, trong quá trình tiến hóa để cung cấp tất cả sự đa dạng cơ bản cho sự sống trên Trái đất.

Bảng sự khác biệt giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn

Tế bào nhân sơ đơn giản hơn nhiều so với tế bào của động vật và thực vật. Bên ngoài, nó được bao phủ bởi một thành tế bào thực hiện chức năng bảo vệ, tạo hình và vận chuyển. Độ cứng của thành tế bào được cung cấp bởi murein. Đôi khi tế bào vi khuẩn được phủ lên trên bằng một lớp vỏ hoặc lớp nhầy.

Nguyên sinh chất của vi khuẩn, giống như nguyên sinh chất của sinh vật nhân chuẩn, được bao quanh bởi màng sinh chất. Mesosome tham gia vào quá trình hô hấp, diệp lục tố vi khuẩn và các sắc tố khác được tìm thấy trong các vết lõm dạng túi, hình ống hoặc dạng phiến của màng. Vật chất di truyền của sinh vật nhân sơ không hình thành nhân mà nằm trực tiếp trong tế bào chất. DNA của vi khuẩn là một phân tử vòng đơn, mỗi phân tử bao gồm hàng nghìn, hàng triệu cặp bazơ. Bộ gen của tế bào vi khuẩn đơn giản hơn nhiều so với tế bào của các sinh vật tiến hóa hơn: trung bình DNA của vi khuẩn chứa vài nghìn gen.

Không tìm thấy ở tế bào nhân sơ mạng lưới nội chất, MỘT ribosome trôi tự do trong tế bào chất. Không có ở sinh vật nhân sơ ty thể; một phần chức năng của chúng được thực hiện bởi màng tế bào.

sinh vật nhân sơ

Vi khuẩn là sinh vật nhỏ nhất có cấu trúc tế bào; kích thước của chúng nằm trong khoảng từ 0,1 đến 10 µm. Một điểm in thông thường có thể chứa hàng trăm nghìn vi khuẩn cỡ trung bình. Vi khuẩn chỉ có thể được nhìn thấy qua kính hiển vi, đó là lý do tại sao chúng được gọi là vi sinh vật hoặc vi khuẩn; vi sinh vật đang được nghiên cứu vi trùng học . Phần vi sinh vật học liên quan đến vi khuẩn được gọi là vi khuẩn học . Sự khởi đầu của khoa học này đặt ra Anthony van Leeuwenhoek vào thế kỷ 17.

Do khả năng trao đổi gen giữa các đại diện các loại và thậm chí cả việc sinh con, việc hệ thống hóa các sinh vật nhân sơ là khá khó khăn. Chưa xây dựng được hệ thống phân loại thỏa đáng về sinh vật nhân sơ; tất cả các hệ thống hiện có đều là nhân tạo và phân loại vi khuẩn theo một số nhóm đặc điểm mà không tính đến mối quan hệ phát sinh gen của chúng. Trước đây, vi khuẩn cùng với nấm Và tảođược xếp vào tiểu vương quốc thực vật bậc thấp. Vi khuẩn hiện được phân loại là một vương quốc riêng biệt của sinh vật nhân sơ. Hệ thống phân loại phổ biến nhất là hệ thống Bergi dựa trên cấu trúc của vách tế bào.

Vào cuối thế kỷ 20, các nhà khoa học phát hiện ra rằng tế bào của một nhóm vi khuẩn được nghiên cứu tương đối ít - vi khuẩn cổ - bao gồm rRNA, khác biệt về cấu trúc với cả rRNA nhân sơ và rRNA nhân chuẩn. Cấu trúc của bộ máy di truyền của vi khuẩn cổ (sự hiện diện intron và trình tự lặp lại xử lý, hình thức riboxom) đưa chúng đến gần hơn với sinh vật nhân chuẩn; mặt khác, vi khuẩn cổ còn có những dấu hiệu điển hình của sinh vật nhân sơ (không có nhân trong tế bào, có tiên mao, plasmid và không bào khí, kích thước rRNA, khả năng cố định nitơ). Cuối cùng, vi khuẩn cổ khác với tất cả các sinh vật khác về cấu trúc của thành tế bào, kiểu quang hợp và một số đặc điểm khác. Vi khuẩn cổ có thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt (ví dụ, trong suối nước nóng ở nhiệt độ trên 100 ° C, ở độ sâu đại dương với áp suất 260 atm, trong dung dịch muối bão hòa (30% NaCl)). Một số vi khuẩn cổ tạo ra khí mê-tan, trong khi một số khác sử dụng hợp chất lưu huỳnh để tạo năng lượng.

Rõ ràng, vi khuẩn cổ là một nhóm sinh vật rất cổ xưa; những khả năng “cực đoan” chứng tỏ những điều kiện đặc trưng của bề mặt Trái Đất ở thời đại cổ đại. Người ta tin rằng vi khuẩn cổ là gần nhất với các "tế bào" giả thuyết mà sau đó đã tạo ra toàn bộ sự đa dạng của sự sống trên Trái đất.

Gần đây người ta thấy rõ rằng có ba loại chính rRNA, lần lượt được trình bày, lần đầu tiên - trong tế bào nhân chuẩn, lần thứ hai - trong tế bào của vi khuẩn thực, cũng như trong ty thể Và lục lạp sinh vật nhân chuẩn, thứ ba - ở vi khuẩn cổ. Các nghiên cứu về di truyền phân tử đã buộc phải có một cái nhìn mới về lý thuyết về nguồn gốc của sinh vật nhân chuẩn. Hiện tại người ta tin rằng ba nhánh khác nhau của sinh vật nhân sơ đã tiến hóa đồng thời trên Trái đất cổ đại - vi khuẩn cổ, vi khuẩn eubacteria và tuyến nước bọt , được đặc trưng bởi một cấu trúc khác nhau và những cách thu được năng lượng khác nhau. Ukaryote, trên thực tế, là thành phần nhân-tế bào chất của sinh vật nhân chuẩn, sau đó được đưa vào danh sách cộng sinhđại diện của nhiều nhóm vi khuẩn eubacteria khác nhau, đã biến thành ty thể và lục lạp của các tế bào nhân chuẩn trong tương lai.

Vì vậy, thứ hạng được phân bổ trước đó cho vi khuẩn cổ rõ ràng là không đủ. Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu có xu hướng chia sinh vật nhân sơ thành hai giới: vi khuẩn cổ và vi khuẩn thực sự (vi khuẩn eubacteria ) hoặc thậm chí tách vi khuẩn cổ thành một vương quốc Archaea riêng biệt.

Việc phân loại vi khuẩn thực sự được đưa ra trong cơ chế.

TRONG tế bào vi khuẩn không có nhân, nhiễm sắc thể nằm tự do trong tế bào chất. Ngoài ra, không có bào quan màng trong tế bào vi khuẩn: ty thể, EPS, bộ máy Golgi v.v. Bên ngoài, màng tế bào được bao phủ bởi một thành tế bào.

Hầu hết vi khuẩn di chuyển thụ động, sử dụng dòng nước hoặc không khí. Chỉ một số ít trong số chúng có cơ quan vận động - roi . Tiên mao nhân sơ có cấu trúc rất đơn giản và bao gồm protein roi, tạo thành một hình trụ rỗng có đường kính 10–20 nm. Chúng bắt vít vào môi trường, di chuyển tế bào về phía trước. Rõ ràng, đây là cấu trúc duy nhất được biết đến trong tự nhiên sử dụng nguyên lý bánh xe.

Vi khuẩn được chia thành nhiều nhóm theo hình dạng của chúng:

cầu trùng (có hình tròn);

trực khuẩn (có dạng hình que);

xoắn ốc (có hình xoắn ốc);

Vibrio (có dạng dấu phẩy).

Theo phương thức hô hấp, vi khuẩn được chia thành vi khuẩn hiếu khí (hầu hết vi khuẩn) và vi khuẩn kỵ khí (tác nhân gây bệnh uốn ván, ngộ độc, hoại tử khí). Loại trước cần oxy để thở, vì loại sau oxy là vô ích hoặc thậm chí độc hại.

Hành vi của vi khuẩn không đặc biệt phức tạp. Các cơ quan thụ cảm hóa học ghi lại những thay đổi về độ axit của môi trường và nồng độ của các chất khác nhau: đường, axit amin, oxy. Nhiều vi khuẩn phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ hoặc ánh sáng và một số vi khuẩn có thể cảm nhận được từ trường của Trái đất.

Trong điều kiện không thuận lợi, vi khuẩn được bao phủ bởi một lớp vỏ dày đặc, tế bào chất bị mất nước và hoạt động sống gần như dừng lại. Ở trạng thái này, bào tử vi khuẩn có thể tồn tại hàng giờ trong chân không sâu, chịu được nhiệt độ từ -240°C đến +100°C.

1. Tế bào nhân sơ được đặc trưng bởi sự hiện diện
A) riboxom
B) ty thể
B) lõi được trang trí
D) màng sinh chất
D) lưới nội chất
E) một DNA vòng

Trả lời

2. Tế bào nhân sơ khác với tế bào nhân chuẩn
A) sự có mặt của ribosome
B) thiếu ty thể
B) sự vắng mặt của lõi chính thức
D) sự hiện diện của màng sinh chất
D) thiếu cơ quan vận động
E) sự hiện diện của một nhiễm sắc thể vòng

Trả lời

3. Thiết lập sự tương ứng giữa cấu trúc tế bào và loại tế bào: 1 tế bào nhân sơ, 2 tế bào nhân chuẩn
A) không có lõi chính thức
B) có màng nhân
B) lưỡng bội hoặc đơn bội
D) luôn đơn bội
D) không có ty thể, phức hợp Golgi
E) chứa ty thể, phức hợp Golgi

Trả lời

A1 B2 C2 D1 E1 E2

4. Tại sao vi khuẩn được xếp vào nhóm sinh vật nhân sơ?
A) Trong tế bào có một nhân, tách ra khỏi tế bào chất
B) gồm nhiều tế bào biệt hóa
B) có một nhiễm sắc thể vòng
D) không có trung tâm tế bào, phức hợp Golgi và ty thể
D) không có nhân tách ra khỏi tế bào chất
E) có tế bào chất và màng sinh chất

Trả lời

5. Tế bào vi khuẩn được phân loại là tế bào nhân sơ vì nó
A) không có lõi được bao bọc bởi vỏ
B) có tế bào chất
B) Có một phân tử ADN nằm trong tế bào chất
D) có màng sinh chất bên ngoài
D) không có ty thể
E) có ribosome nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein

Trả lời

6. Tế bào của sinh vật nhân chuẩn, không giống như tế bào của sinh vật nhân sơ, có
A) tế bào chất
B) lõi được bao bọc bởi một lớp vỏ
B) Phân tử ADN
D) ty thể
D) vỏ cứng
E) lưới nội chất

Trả lời

7. Thiết lập sự tương ứng giữa các đặc điểm của tế bào và loại tế bào: 1-prokaryotic, 2-eukaryote
A) Các bào quan có màng vắng mặt
B) Có thành tế bào murein
C) Vật chất di truyền được biểu hiện bằng nucleoit
D) Chỉ chứa các riboxom nhỏ
E) Vật chất di truyền được thể hiện bằng DNA tuyến tính
E) Hô hấp tế bào xảy ra ở ty thể

Trả lời

A1 B1 C1 D1 E2 E2

8. Tế bào nhân sơ khác với tế bào nhân chuẩn
A) sự hiện diện của nucleoid trong tế bào chất
B) sự hiện diện của ribosome trong tế bào chất
C) Tổng hợp ATP ở ty thể
D) sự hiện diện của mạng lưới nội chất
D) sự vắng mặt của một hạt nhân khác biệt về mặt hình thái
E) sự hiện diện của sự xâm lấn của màng sinh chất, thực hiện chức năng của các bào quan màng

Theo cấu trúc tế bào, sinh vật được chia thành sinh vật nhân sơ Và sinh vật nhân chuẩn. Tế bào của cả hai được bao quanh màng sinh chất, bên ngoài trong đó trong nhiều trường hợp có vách tế bào. Bên trong tế bào là chất bán lỏng tế bào chất. Tuy nhiên, tế bào nhân sơ đơn giản hơn nhiều so với tế bào nhân chuẩn.

Vật chất di truyền cơ bản sinh vật nhân sơ (từ tiếng Hy Lạp. Về- trước và karyon- nhân) nằm trong tế bào chất dưới dạng phân tử DNA tròn. Phân tử này ( hạt nhân) không được bao quanh bởi đặc tính màng nhân của sinh vật nhân chuẩn và được gắn vào màng sinh chất (Hình 1). Vì vậy, sinh vật nhân sơ không có nhân hình thành tốt. Ngoài nucleoid, một phân tử DNA vòng nhỏ thường được tìm thấy trong tế bào nhân sơ, được gọi là plasmit. Plasmid có thể di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác và tích hợp vào phân tử DNA chính.

Một số sinh vật nhân sơ có sự phát triển vượt trội của màng sinh chất: mesosome, thylakoid dạng phiến, tế bào sắc tố. Chúng chứa các enzym tham gia vào quá trình quang hợp và hô hấp. Ngoài ra, mesosome còn liên quan đến quá trình tổng hợp DNA và bài tiết protein.

Tế bào nhân sơ có kích thước nhỏ, đường kính 0,3-5 micron. Ở bên ngoài màng sinh chất của tất cả các sinh vật nhân sơ (ngoại trừ mycoplasma) là vách tế bào. Nó bao gồm các phức hợp protein và oligosacarit, xếp chồng lên nhau thành từng lớp, bảo vệ tế bào và duy trì hình dạng của nó. Nó được ngăn cách với màng tế bào bằng một khoảng gian màng nhỏ.

Chỉ các bào quan không có màng được tìm thấy trong tế bào chất của sinh vật nhân sơ. ribosome. Cấu trúc ribosome của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn là tương tự nhau, tuy nhiên, ribosome của sinh vật nhân sơ nhỏ hơn và không gắn vào màng mà nằm trực tiếp trong tế bào chất.

Nhiều sinh vật nhân sơ có khả năng vận động và có thể bơi hoặc lướt bằng roi.

Prokaryote thường sinh sản bằng cách phân đôi ( nhị phân). Sự phân chia diễn ra trước một giai đoạn nhân đôi hoặc sao chép rất ngắn của nhiễm sắc thể. Vì vậy prokaryote là sinh vật đơn bội.

Prokaryote bao gồm vi khuẩn và tảo xanh lam, hoặc vi khuẩn lam. Prokaryote xuất hiện trên Trái đất khoảng 3,5 tỷ năm trước và có lẽ là dạng sống tế bào đầu tiên, tạo ra sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn hiện đại.

sinh vật nhân chuẩn (từ tiếng Hy Lạp. EU- ĐÚNG VẬY, karyon- nhân), không giống như sinh vật nhân sơ, có nhân hình thành được bao quanh bởi Màng nhân- màng hai lớp. Các phân tử DNA tìm thấy trong nhân không đóng kín (phân tử tuyến tính). Ngoài nhân, một phần thông tin di truyền còn chứa trong DNA của ty thể và lục lạp. Sinh vật nhân chuẩn xuất hiện trên Trái đất khoảng 1,5 tỷ năm trước.

Không giống như sinh vật nhân sơ, được đại diện bởi các sinh vật đơn lẻ và các dạng thuộc địa, sinh vật nhân chuẩn có thể là đơn bào (ví dụ, amip), tập đoàn (volvox) và sinh vật đa bào. Họ được chia thành ba vương quốc lớn: Động vật, Thực vật và Nấm.

Đường kính của tế bào nhân chuẩn là 5–80 µm. Giống như tế bào nhân sơ, tế bào nhân chuẩn được bao quanh bởi màng sinh chất gồm có protein và lipid. Màng này hoạt động như một rào cản chọn lọc, cho phép một số hợp chất thấm qua và không thấm đối với các hợp chất khác. Bên ngoài màng sinh chất là một lực mạnh vách tế bào, trong thực vật bao gồm chủ yếu là sợi xenlulo và ở nấm - chitin. Chức năng chính của thành tế bào là đảm bảo hình dạng không đổi của tế bào. Vì màng plasma có khả năng thấm nước và tế bào thực vật và nấm thường tiếp xúc với các dung dịch có cường độ ion thấp hơn cường độ ion của dung dịch bên trong tế bào nên nước sẽ xâm nhập vào tế bào. Do đó, thể tích tế bào sẽ tăng lên, màng sinh chất sẽ bắt đầu căng ra và có thể bị vỡ. Thành tế bào ngăn chặn sự mở rộng và phá hủy tế bào.

Ở động vật, thành tế bào không có, nhưng lớp ngoài của màng sinh chất được làm giàu với các thành phần carbohydrate. Lớp ngoài của màng sinh chất của tế bào động vật được gọi là glycocalyx. Tế bào của động vật đa bào không cần thành tế bào chắc chắn vì có các cơ chế khác đảm bảo sự điều hòa thể tích tế bào. Vì tế bào của động vật đa bào và Sinh vật đơn bào sống ở biển là môi trường có tổng nồng độ ion gần bằng nồng độ ion nội bào, tế bào không trương nở và không vỡ. Động vật đơn bào sống ở nước ngọt (amip, lông mao) có không bào co bóp liên tục đưa nước vào tế bào.

Thành phần cấu trúc của tế bào nhân chuẩn

Bên trong tế bào dưới màng sinh chất có tế bào chất. Chất chính của tế bào chất (hyaloplasm) là dung dịch đậm đặc của các hợp chất vô cơ và hữu cơ, thành phần chính là protein. Cái này hệ keo, có thể chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái gel và ngược lại. Một phần quan trọng của protein tế bào chất là các enzyme thực hiện nhiều chức năng khác nhau. phản ứng hoá học. nằm trong hyaloplasm bào quan, thực hiện các chức năng khác nhau trong tế bào. Các bào quan có thể là màng (nhân, bộ máy Golgi, mạng lưới nội chất, lysosome, ty thể, lục lạp) và không màng (trung tâm tế bào, ribosome, khung tế bào).

Thành phần chính của bào quan màng là màng. Màng sinh học được xây dựng theo Nguyên tắc chung, Nhưng Thành phần hóa học màng của các bào quan khác nhau là khác nhau. Tất cả các màng tế bào đều là những màng mỏng (dày 7–10nm), dựa trên một lớp lipid kép (hai lớp) được sắp xếp sao cho các phần ưa nước tích điện của các phân tử tiếp xúc với môi trường và các chất kỵ nước còn sót lại axit béo của mỗi lớp đơn được hướng vào bên trong màng và tiếp xúc với nhau (Hình 3). Các phân tử protein (protein màng nguyên chất) được tích hợp vào lớp lipid kép theo cách mà các phần kỵ nước của phân tử protein tiếp xúc với dư lượng axit béo của các phân tử lipid và các phần ưa nước tiếp xúc với môi trường. Ngoài ra, một phần protein hòa tan (protein không màng) được kết nối với màng chủ yếu nhờ tương tác ion (protein màng ngoại vi). Các mảnh carbohydrate cũng được gắn vào nhiều protein và lipid trong thành phần của màng. Như vậy, màng sinh học là những màng lipid trong đó có các protein tích hợp được gắn vào.

Một trong những chức năng chính của màng là tạo ra ranh giới giữa tế bào với môi trường và các ngăn khác nhau của tế bào. Lớp lipid kép có khả năng thấm chủ yếu đối với các hợp chất và khí hòa tan trong chất béo, các chất ưa nước được vận chuyển qua màng bằng các cơ chế đặc biệt: trọng lượng phân tử thấp - sử dụng nhiều chất mang (kênh, máy bơm, v.v.) và trọng lượng phân tử cao - sử dụng các quá trình exo- Và nhập bào(Hình 4).

Cơm. 4. Sơ đồ vận chuyển các chất qua màng

Tại nhập bào một số chất được hấp phụ trên bề mặt màng (do tương tác với protein màng). Ở nơi này, sự xâm lấn của màng vào tế bào chất được hình thành. Sau đó, một túi được tách ra khỏi màng, bên trong chứa hợp chất được chuyển. Như vậy, nhập bào là sự vận chuyển các chất có trọng lượng phân tử cao vào trong tế bào môi trường bên ngoàiđược bao quanh bởi một phần của màng. quá trình ngược lại, đó là xuất bào là sự vận chuyển các chất từ ​​tế bào ra bên ngoài. Nó xảy ra bằng cách kết hợp với màng sinh chất của một túi chứa đầy chất vận chuyển hợp chất cao phân tử. Màng túi kết hợp với màng plasma và nội dung của nó được đổ ra ngoài.

Các kênh, máy bơm và các chất vận chuyển khác là các phân tử protein màng tích hợp thường tạo thành lỗ rỗng trên màng.

Ngoài chức năng phân chia không gian và cung cấp tính thấm chọn lọc, màng còn có khả năng nhận biết tín hiệu. Chức năng này được thực hiện bởi các protein thụ thể liên kết các phân tử tín hiệu. Các protein màng riêng lẻ là các enzyme thực hiện các phản ứng hóa học nhất định.

Cốt lõi - một cơ quan lớn của tế bào, được bao quanh bởi màng nhân và thường có hình cầu. Chỉ có một nhân trong tế bào, và mặc dù có các tế bào đa nhân (tế bào cơ xương, một số loại nấm) hoặc không có nhân (hồng cầu và tiểu cầu của động vật có vú), những tế bào này vẫn phát sinh từ các tế bào tiền thân đơn nhân.

Chức năng chính của hạt nhân là lưu trữ, chuyển giao và mua bán thông tin di truyền. Ở đây, các phân tử DNA được nhân đôi, do đó, khi phân chia, các tế bào con nhận được cùng một vật liệu di truyền. Trong nhân, sử dụng các phần riêng lẻ của phân tử DNA (gen) làm ma trận, các phân tử RNA được tổng hợp: các phân tử thông tin (mRNA), vận chuyển (tRNA) và ribosome (rRNA) cần thiết cho quá trình tổng hợp protein. Trong nhân, các tiểu đơn vị ribosome được tập hợp từ các phân tử rRNA và protein, được tổng hợp trong tế bào chất và chuyển vào nhân.

Nhân bao gồm màng nhân, chất nhiễm sắc (nhiễm sắc thể), nucleolus và nucleoplasm (karyoplasm).

Cơm. 5. Cấu trúc nhiễm sắc thể: 1 - nucleosome, 2 - DNA

Dưới kính hiển vi, có thể nhìn thấy các vùng vật chất đậm đặc bên trong hạt nhân - chất nhiễm sắc. Trong các tế bào không phân chia, nó lấp đầy thể tích của nhân hoặc ngưng tụ ở những nơi riêng biệt dưới dạng các vùng đậm đặc hơn và nhuộm tốt bằng thuốc nhuộm cơ bản. Chromatin là một phức hợp gồm DNA và protein (Hình 5), chủ yếu mang điện tích dương histon.

Số lượng phân tử DNA trong nhân bằng số lượng nhiễm sắc thể. Số lượng và hình dạng của nhiễm sắc thể là đặc điểm độc đáo của loài. Mỗi nhiễm sắc thể chứa một phân tử DNA, gồm hai sợi liên kết với nhau và có dạng chuỗi xoắn kép dày 2 nm. Chiều dài của nó vượt quá đáng kể đường kính của tế bào: nó có thể đạt tới vài cm. Phân tử DNA mang điện tích âm nên nó chỉ có thể gấp lại (ngưng tụ) sau khi liên kết với các protein histone tích điện dương (Hình 6).

Đầu tiên, chuỗi DNA kép xoắn quanh từng khối histone riêng lẻ, mỗi khối bao gồm 8 phân tử protein, tạo thành cấu trúc dạng “hạt trên chuỗi” dày khoảng 10 nm. Các hạt được gọi là nucleosome. Do sự hình thành các nucleosome, chiều dài của phân tử DNA giảm khoảng 7 lần. Tiếp theo, sợi với các nhiễm sắc thể được gấp lại, tạo thành cấu trúc dạng sợi dây có độ dày khoảng 30 nm. Sau đó, một sợi dây như vậy, uốn cong theo hình vòng, được gắn vào các protein tạo thành nền tảng của nhiễm sắc thể. Kết quả là một cấu trúc có độ dày khoảng 300 nm được hình thành. Sự ngưng tụ hơn nữa của cấu trúc này dẫn đến sự hình thành nhiễm sắc thể.

Giữa các lần phân chia, nhiễm sắc thể mở ra một phần. Kết quả là, các phần riêng lẻ của phân tử DNA cần được biểu hiện trong một tế bào nhất định sẽ được giải phóng khỏi protein và được kéo dài, điều này giúp có thể đọc thông tin từ chúng bằng cách tổng hợp các phân tử RNA.

Hạt nhân là một loại DNA mẫu chịu trách nhiệm tổng hợp rRNA và được tập hợp ở các vùng riêng biệt của nhân. Nhân là cấu trúc dày đặc nhất của nhân; nó không phải là một cơ quan riêng biệt mà là một trong những vị trí của nhiễm sắc thể. Nó tạo ra rRNA, sau đó tạo thành phức hợp với protein, tạo thành các tiểu đơn vị ribosome đi vào tế bào chất.

Các protein không chứa histone của nhân tạo thành một mạng lưới cấu trúc bên trong nhân. Nó được đại diện bởi một lớp sợi nhỏ bên dưới màng nhân. Một mạng lưới các sợi nội hạt được gắn vào nó, trong đó các sợi nhiễm sắc được gắn vào.

Vỏ hạt nhân bao gồm hai màng: bên ngoài và bên trong, được ngăn cách bởi một khoảng gian màng. Màng ngoài tiếp xúc với tế bào chất, nó có thể chứa polyribosome và bản thân nó có thể đi vào màng của mạng lưới nội chất. Màng bên trong được liên kết với chất nhiễm sắc. Do đó, lớp vỏ hạt nhân đảm bảo sự cố định vật liệu nhiễm sắc thể trong không gian ba chiều của hạt nhân.

Vỏ hạt nhân có lỗ tròn - Lỗ hổng hạt nhân(Hình 7). Trong khu vực lỗ chân lông, màng ngoài và màng trong đóng lại và tạo thành các lỗ chứa đầy sợi và hạt. Bên trong lỗ chân lông là một hệ thống protein phức tạp cung cấp khả năng liên kết và chuyển giao có chọn lọc các đại phân tử. Số lượng lỗ nhân phụ thuộc vào cường độ trao đổi chất của tế bào.

Lưới nội chất, hoặc mạng lưới nội chất (EPR), là một mạng lưới kỳ lạ gồm các kênh, không bào, túi dẹt, được liên kết với nhau và ngăn cách với hyaloplasm bằng một màng (Hình 8).

Phân biệt thô Và trơn tru EPR . Trên màng của ER thô là ribosome(Hình 9), tổng hợp các protein được bài tiết từ tế bào hoặc tích hợp vào màng sinh chất. Protein mới được tổng hợp rời khỏi ribosome và đi qua một kênh đặc biệt vào khoang mạng lưới nội chất, trong đó nó trải qua quá trình biến đổi sau dịch mã, ví dụ, liên kết với carbohydrate, phân cắt protein một phần của chuỗi polypeptide, hình thành liên kết S–S giữa các gốc cystein trong chuỗi. Hơn nữa, những protein này được vận chuyển đến phức hợp Golgi, nơi chúng là một phần của lysosome hoặc hạt bài tiết. Trong cả hai trường hợp, các protein này đều nằm bên trong túi màng (túi).

Cơm. Hình 9. Sơ đồ tổng hợp protein trong ER thô: 1 – nhỏ và
2 - tiểu đơn vị lớn của ribosome; 3 – phân tử rRNA;
4 - EPR thô; 5 - protein mới được tổng hợp

ER trơn thiếu ribosome. Chức năng chính của nó là tổng hợp lipid và chuyển hóa carbohydrate. Ví dụ, nó được phát triển tốt trong các tế bào của vỏ thượng thận, nơi chứa các enzyme đảm bảo quá trình tổng hợp hormone steroid. ER trơn tru trong tế bào gan chứa các enzyme oxy hóa (giải độc) các hợp chất kỵ nước xa lạ với cơ thể, chẳng hạn như thuốc.

Cơm. 10. Bộ máy Golgi: 1 - túi nước; 2 - xe tăng

phức hợp Golgi (Hình 10) bao gồm 5–10 khoang có màng phẳng được sắp xếp song song. Phần cuối của các cấu trúc hình đĩa này có phần mở rộng. Có thể có một số hình thành như vậy trong một tế bào. Trong vùng phức hợp Golgi có một số lượng lớn túi màng. Một số trong số chúng được nối từ phần cuối của cấu trúc chính dưới dạng hạt bài tiết và lysosome. Một số túi nhỏ (túi) mang protein được tổng hợp trong ER thô sẽ di chuyển đến phức hợp Golgi và hợp nhất với nó. Do đó, phức hợp Golgi tham gia vào quá trình tích lũy và biến đổi thêm các sản phẩm được tổng hợp trong EPR thô và phân loại chúng.

Cơm. 11. Sự hình thành và chức năng của lysosome: 1 - phagosome; 2 - túi ẩm bào; 3 - lysosome chính; 4 - Bộ máy Golgi; 5 - lysosome thứ cấp

Lysosome - đây là những không bào (Hình 11), được giới hạn bởi một màng, nảy chồi từ phức hợp Golgi. Có đủ lysosome bên trong môi trường axit(pH 4,9–5,2). Có các enzyme thủy phân phá vỡ các polyme khác nhau ở pH axit (protease, nuclease, glucosidase, phosphatase, lipase). Các lysosome sơ cấp này kết hợp với các không bào nội bào chứa các thành phần cần được phân cắt. Các chất đi vào lysosome thứ cấp được phân hủy thành các monome và chuyển qua màng lysosome vào hyaloplasm. Do đó, lysosome tham gia vào quá trình tiêu hóa nội bào.

ty thể được bao quanh bởi hai màng: lớp ngoài, ngăn cách ty thể với hyaloplasm, và lớp trong, phân định nội dung bên trong của nó. Giữa chúng có một khoảng gian màng rộng 10–20 nm. Màng bên trong hình thành nhiều phần phát triển ( cristae). Màng này chứa các enzyme đảm bảo quá trình oxy hóa các axit amin, đường, glycerol và axit béo được hình thành bên ngoài ty thể (chu trình Krebs) và thực hiện chuyển điện tử trong chuỗi hô hấp (sơ đồ). Do sự chuyển dịch electron dọc chuỗi hô hấp từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn, một phần năng lượng tự do giải phóng được dự trữ dưới dạng ATP - đồng tiền năng lượng phổ quát của tế bào. Vì vậy, chức năng chính của ty thể là oxy hóa các chất nền khác nhau và tổng hợp các phân tử ATP.

Sơ đồ chuyển hai electron dọc theo chuỗi hô hấp

Bên trong ty thể là một phân tử DNA hình tròn mã hóa một số protein của ty thể. Trong không gian bên trong của ty thể (ma trận) có các ribosome tương tự như ở sinh vật nhân sơ, đảm bảo quá trình tổng hợp các protein này.

Việc ty thể có DNA vòng tròn và ribosome của sinh vật nhân sơ đã dẫn đến giả thuyết rằng ty thể là hậu duệ của một tế bào nhân sơ cổ xưa đã từng xâm nhập vào tế bào nhân chuẩn và đảm nhận các chức năng riêng biệt trong quá trình tiến hóa.

Cơm. 12. Lục lạp (A) và màng thylakoid (B)

nhựa – bào quan tế bào thực vật có chứa sắc tố. TRONG lục lạp Chứa chất diệp lục và carotenoid sắc lạp- carotenoid, bạch cầu không có sắc tố. Plastid được bao quanh bởi một màng kép. Bên trong chúng là một hệ thống màng ở dạng túi phẳng gọi là thylakoid(Hình 12). Thylakoid được xếp chồng lên nhau giống như các chồng đĩa. Các sắc tố được nhúng vào màng thylakoid. Chức năng chính của chúng là hấp thụ ánh sáng, năng lượng của nó, với sự trợ giúp của các enzym tích hợp trong màng thylakoid, được chuyển đổi thành một dải ion H + trên màng thylakoid. Giống như ty thể, lục lạp có DNA vòng và ribosome loại prokaryote riêng. Rõ ràng, plastid cũng là một sinh vật nhân sơ sống cộng sinh với các tế bào nhân chuẩn.

Ribosome là các bào quan tế bào không có màng được tìm thấy ở cả tế bào nhân chuẩn và tế bào nhân chuẩn. Ribosome của sinh vật nhân chuẩn lớn hơn ribosome của sinh vật nhân sơ, kích thước của chúng là 25x20x20 nm. Ribosome bao gồm các tiểu đơn vị lớn và nhỏ nằm cạnh nhau. Một chuỗi mRNA nằm giữa các tiểu đơn vị trong một ribosome đang hoạt động.

Mỗi tiểu đơn vị của ribosome được xây dựng từ rRNA, được đóng gói chặt chẽ và liên kết với protein. Ribosome có thể nằm tự do trong tế bào chất hoặc liên kết với màng ER. Ribosome tự do có thể ở dạng đơn lẻ, nhưng có thể tạo thành polysome khi một số ribosome nằm liên tiếp trên một chuỗi mRNA. Chức năng chính của ribosome là tổng hợp protein.

bộ xương tế bào - Cái này hệ thống cơ xương tế bào, bao gồm cả các dạng protein dạng sợi (fibrillar), là bộ xương của tế bào và thực hiện chức năng vận động. Cấu trúc của khung tế bào rất năng động, chúng phát sinh và tan rã. Bộ xương tế bào được thể hiện bằng ba loại hình thành: sợi trung gian(sợi có đường kính 10 nm), vi sợi s (sợi có đường kính 5–7 nm) và vi ống. Sợi trung gian là cấu trúc protein không phân nhánh ở dạng sợi, thường xếp thành bó. Của họ thành phần protein khác nhau ở các mô khác nhau: trong biểu mô chúng bao gồm keratin, trong nguyên bào sợi - từ vimentin, trong tế bào cơ- từ desmin. Các sợi trung gian sẽ thực hiện chức năng khung đỡ.

Vi sợi - đây là những cấu trúc dạng sợi nằm ngay dưới màng sinh chất dưới dạng bó hoặc lớp. Chúng có thể nhìn thấy rõ ràng trong các nhánh của amip, trong quá trình di chuyển của nguyên bào sợi và trong các vi nhung mao của biểu mô ruột (Hình 13). Các vi chất được tạo thành từ các protein co bóp Actin và myosin và là một bộ máy co bóp nội bào.

vi ống là một phần của cả cấu trúc tạm thời và vĩnh viễn của tế bào. Phần tạm thời bao gồm trục phân chia, các thành phần của bộ khung tế bào giữa các lần phân chia và phần vĩnh viễn bao gồm lông mao, roi và trung tâm của trung tâm tế bào. Các vi ống là những hình trụ rỗng thẳng có đường kính khoảng 24 nm, thành của chúng được hình thành bởi các phân tử protein tubulin tròn. Dưới kính hiển vi điện tử có thể thấy mặt cắt ngang của vi ống được hình thành bởi 13 tiểu đơn vị nối với nhau thành một vòng. Các vi ống có mặt trong hyaloplasm của tất cả các tế bào nhân chuẩn. Một trong những chức năng của vi ống là tạo ra một giàn giáo bên trong tế bào. Ngoài ra, các túi nhỏ di chuyển dọc theo vi ống, giống như trên đường ray.

Trung tâm tế bào bao gồm hai trung thể nằm vuông góc với nhau và các vi ống liên kết. Các bào quan này trong quá trình phân chia tế bào tham gia vào quá trình hình thành trục phân chia. Cơ sở của ly tâm là 9 bộ ba vi ống nằm xung quanh chu vi, tạo thành một hình trụ rỗng, rộng 0,2 µm và dài 0,3–0,5 µm. Khi tế bào chuẩn bị phân chia, các trung tử tách ra và nhân đôi. Trước khi nguyên phân, các trung thể tham gia vào quá trình hình thành các vi ống trục chính. Tế bào thực vật bậc cao không có trung thể nhưng chúng có trung tâm tổ chức vi ống tương tự.